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EFFET DIRECT EFFET INDIRECT. 2 ème partie. Pr.H.Boulahdour Année 2007. LESIONS MOLECULAIRES PROVOQUEES PAR LES RAYONNEMENTS. QUI EST RESPONSABLE ? Première particularité des rayonnements ionisants Production de lésions moléculaires avec une très grande efficacité. - PowerPoint PPT Presentation
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EFFET DIRECT
EFFET INDIRECT
Pr.H.Boulahdour
Année 2007
2ème partie
LESIONS MOLECULAIRES PROVOQUEES PAR LES RAYONNEMENTS
QUI EST RESPONSABLE ?
Première particularité des rayonnements ionisants
Production de lésions moléculaires avec une très grande efficacité.
Les énergies mises en jeu pour les produire sont extrêmement faibles.
Deuxième particularité
Absence de spécificité moléculaire. Les échanges entre l’énergie radiative et les molécules (absorption ou émission de rayonnement) ne dépendent que de la nature des atomes et indépendants de la nature de la molécule absorbante.
L’énergie moyenne perdue pour une ionisation dans un milieu aqueux irradié est de 32 eV.
La moitié environ (16 eV) est utilisée pour produire l’ionisation et l’autre moitié se partage entre excitations et transferts thermiques
En moyenne pour une ionisation, il se produit environ 3 excitations et un nombre plus élevé de transfert thermique.
Transfert de l’énergie sous forme thermique. Une dose de 1 Gy (1 joule / Kg) correspond à :
10.24 calories
4.19
Si toute l’énergie se retrouve sous forme thermique, l’élévation de température est extrêmement faible (de l’ordre de 0.24 millièmes de degré centigrade) ne peut être tenue pour responsable des lésions moléculaires observées.
Transfert de l’énergie par ionisation et excitationionisation M M+ + e-
excitation M M*
Energie de liaison chimique H – OH : 5.16 eV
Donc une molécule ionisée ou excitée a un excès suffisant d’énergie pour rompre une de ses liaisons
L’excès d’énergie est expulsé :
• Sous forme de photon (phénomène de fluorescence
• par transfert de l’énergie à une liaison chimique
Les ruptures de liaisons covalentes peuvent affecter celle dont l’électron a été éjecté ou une autre liaison plus éloignée dans la molécule ionisée ou voisine : une lésion moléculaire est produite.
Une dose de 1 Gy (6.24 1018 MeV/kg) correspond à
18176.24 10
2 10 ionisations32
sur un total de 3 1025 molécules d’eau contenue dans un litre d’eau pure, soit 1 ionisation seulement pour 100 millions de molécules.
Parmi toutes les molécules, 2 ont une importance particuliere :
la molécule d’eau (70 % du poids du corps)
la molécule d’ADN compte tenu de son importance biologique et des conséquences biologiques d’une minime modification de sa structure.
Lésion d’une molécule d’ADN induite par transfert direct de l’énergie radiative (EFFET DIRECT) ou secondaire à des réactions physico-chimiques complexes (EFFET INDIRECT) par exemple secondaire à la radiolyse de l’eau
La cible, responsable des effets biologiques
ADN
LESIONS DE L’ADN
Rupture d’un ou 2 brins
Modifications chimiques des bases et des sucres
Pontages intra ou intermoléculaires
Fréquence Nombre / Gy / noyau
Rupture double brin 40
Rupture simple brin 500 – 1000
Lésions des bases 800 – 2000
Lésions des sucres 800 – 1600
Pontage ADN-ADN 30
Pontage ADN-Protéine 150
TRANSFERT DE L’ENERGIE A L’ADN
Cible : nucléosome ; sphère de 7 à 10 nm de diamètre. Très court segment de l’ADN ; cylindre de 2 nm de diamètre et de 2 nm de hauteur.
Cible : densité d’énergie très élevée. 10 eV absorbés dans une cible de 2 nm de diamètre > 106 J/Kg ou > 106 Gy.
Distribution des dépôts d’énergie
fréquence d’1 évènement dans une cible est faible : ≈ 10-6 / Gy
≈ 103 segments d’ADN/Gy atteints dans un noyau Dépôts de faible énergie
Dépôts d’E > 100 eV (≈ 10 ionisations et excitations) ≈ 20-100/Gy/noyau
Dépôts d’E de densité très élevée produits pour haut TLE
Les lésions moléculaires les plus importantes à considérer sont celles secondaires à des dépôts d’E. de densité élevée
Quatre variétés de dépôts d’E.
1. Ionisation ou excitations isolées, quelques dizaines d’eV ; rupture simple brin
2. Dépôts d’E. de densité modérée (100 eV) ; fréquence augmente avec l’EBR des radiations de TLE faible ; lésions réparables ; ruptures double brins
3. Dépôts d’E 400 eV, TLE élevée ; fréquence augmente avec l’EBR ; particules alpha de faible E ; lésions complexes de l’ADN + lésions des molécules adjacentes
4. Dépôts d’E 800 eV ; TLE très élevé ; particules alpha, impact biologique mal connu
Probabilité d’interaction avec la cible
Double chaîne d’ADN . Diamètre de 2 nm et de 2 nm de hauteur
La probabilité d’interaction dans une telle cible est de 10-6 / Gy. Pour 2 évènements, p = 10-12 / Gy
Puisque le nombre de cibles possibles dans l’ADN (2 m) est 109, une lésion en 1 site secondaire à 2 ou plusieurs évènements individuels est improbable.
Donc la plupart des lésions par effet direct sont liés à un évènement unique.
RADIOLYSE DE L’EAU. EFFET INDIRECT
Irradiation de l’eau radicaux libres de haute réactivité chimique
Radical libre : atome ou molécule ayant un électron non apparié expliquant cette réactivité
Un radical peut être ionisé ou non
Phénomènes initiaux
Ionisation
Excitation
Trois étapes shématiquement
Etape prédiffusionnelle
Etape diffusionnelle
Etape chimique
Radiolyse de l’eau
Etape prédiffusionnelle
Temps de l’ordre de 10-12 s
+H O + H O OH + H O2 2 . . 3 .
l'électron éjecté
- - -e e th e aq
- *e th + H O2
Etape diffusionnelle : (10-6 sec). Recombinaisons des produits de la radiolyse. Diffusion des produits de la radiolyse.
Réactions : 2 2
aq
2
aq
aq aq 2
aq 2
2
OH. OH. H O
OH. e OH
OH. H. H O
e H H.
e e H 2OH
e H. H OH
H. H. H
Produits de radiolyse présents à la fin de l’étape
2 2 2 aqOH., H., H , H , H O , e
Etape chimique : Radicaux formés hautement réactifs OH. Peut modifier la liaison R - H
2
2
R H OH. R. H 0
R. OH. R OH
R H H. R. H
R. R.' R R'
COMPARAISON EFFET DIRECT, EFFET INDIRECT
Effet indirect prédominant ?
Molécules d’eau +++
Radicaux libres courte durée (10-6 s).
Seuls les radicaux libres formés à proximité immédiate de la molécule peuvent la léser
Fréquence des lésions dans organisme vivant ou après dessication, sensiblement la même
effet direct prédominant
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